DE19817593A1

DE19817593A1 - Quarzfaser-Filterband

Info

Publication number: DE19817593A1
Application number: DE1998117593
Authority: DE
Inventors: Walter Dannecker; Olaf Haupt; Thomas Stahlschmidt
Original assignee: CRYO TECHNIK GmbH
Current assignee: CRYO TECHNIK GmbH
Priority date: 1998-04-20
Filing date: 1998-04-20
Publication date: 1999-11-04

Abstract

Filterbandmaterial aus reinen Quarzfasern, das aus Gründen der Zugfestigkeit mit einem organischen Polymer versetzt ist. Es ist zur Abscheidung partikulärer Bestandteile aus strömenden Gasen geeignet und läßt sich für analytische Fragestellungen sehr gut einsetzen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Quarzfaserfiltermaterial in Bandform.

Gegenstand der Erfindung ist ein Filterband aus chemisch reinen Quarzfasern, das zur Abscheidung partikulärer Bestandteile aus strömenden Gasen geeignet ist. Dieses Quarzfaser-Filterband ermöglicht aufgrund seiner mechanischen Eigenschaften den Betrieb in automatisch arbeitenden Probenahmegeräten. Zur Beantwortung chemisch analytischer Fragestellungen ist häufig eine qualitative und quantitative Bestimmung der auf einem Filtermaterial abgeschiedenen Partikel unumgänglich. Hierzu muß ein Filtermaterial eingesetzt werden, das möglichst geringe Analyt-Blindwerte aufweist. Der Einsatz hochreiner Quarzfasern in Bandform als Abscheidemedium für die zu analysierenden Partikel ermöglicht eine nachfolgende störungsfreie Analyse der Inhaltsstoffe.

Zur Untersuchung von Immissionssituationen werden in der Atmosphäre neben gasförmigen Luftschadstoffen auch Schwebstaubkonzentrationen und deren ökotoxisch wirkenden Anteile gemessen. Weiterhin werden im Emissionsbereich Probenahmen an Anlagen durchgeführt und die abgeschiedenen Partikel über eine nachfolgende Analyse auf ihre Inhaltsstoffe hin untersucht. Dies erfolgt speziell für die in der 17. Bundes-Immissionsschutzgesetz-Verordnung (17. BImSchV 17. Bundes-Immissionsschutzgesetz-Verordnung, 17. BImSchV vom 23.11. 1990, BGBl. 1, S. 2545 u. 2832 sowie BGBl. 3, S. 2129, Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit, Bonn) und der TA-Luft angegebenen chemischen Stoffe.

Für den Einsatz bei unterschiedlichsten Probenahme-Problemen sollte ein Filtermaterial möglichst viele der nachfolgend genannten Eigenschaften in sich vereinen:

1. geringe Analyt-Blindwerte im Filtermaterial
2. geringe Blindwertschwankungen über die gesamte Filterfläche
3. chemische Resistenz gegenüber aggressiven Stoffen
4. thermische Resistenz, auch bei hohen Temperaturen (< 180°C)
5. hohe Abscheidekapazität, auch bei hohen Feuchten und Partikelfrachten
6. hohe Abscheideeffektivität, auch im Submikron-Bereich (< 1 µm)
7. hoher Gasdurchsatz
8. mechanische Stabilität.

Für die verschiedenen Fragestellungen sind unterschiedliche Filtermaterialien erhältlich. Man unterscheidet Oberflächenfilter und Tiefbettfilter.

Oberflächenfilter werden zur Abscheidung geringer Stoffmengen eingesetzt. Meist werden Membranfilter mit einer Filterdicke unter 50 Mikrometer verwendet, bei denen die Partikel an der Filteroberfläche abgeschieden werden. Membranfilter gibt es aus verschiedenen Materialien wie z. B. Mischester, Polycarbonat oder PTFE. Die Nachteile dieser Membranfilter sind die geringe Abscheidekapazität, geringe mechanische Stabilität und teilweise geringe chemische Resistenz sowie geringe Resistenz bei hohen Temperaturen (<180 Grad Celsius).

Tiefbettfilter bestehen aus Glasfasern oder Quarzfasern und haben eine Filterdicke von mehreren hundert Mikrometern. Faserfilter besitzen von den oben genannten Eigenschaften die Punkte 3-7. Aufgrund ihrer Struktur haben Faserfilter keine hohe mechanische Stabilität und werden als Planfilter in verschiedenen Formen (rund, eckig) und Größen hergestellt (z. B. Fa. MUNKTELL FILTER AB in Schweden, Fa. SCHLEICHER UND SCHUELL in Deutschland, Fa. WHATMAN in England). Mit diesen Planfiltern lassen sich nur Einzelfilter-Probenahmen durchführen.

Für eine automatisierte Abscheidung von Partikeln auf Filterbändern mit zeitgesteuertem Filtervorschub gibt es ausschließlich Glasfaser-Filterbänder (z. B. Fa. BINZER). Die Bänder werden durch eine zusätzlich aufgebrachte Seitenverstärkung und die Beimengung eines anorganischen Bindemittels den mechanischen Anforderungen hinsichtlich der Reißfestigkeit beim Filtertransport gerecht, sind jedoch mit hohen und schwankenden Analyt-Blindwerten behaftet. Dies erschwert für die meisten Fragestellungen eine nachgeschaltete qualitative und quantitative Analyse.

Erfindungsgemäß wird ein Filtermaterial in Bandform mit besonders reinen Quarzfasern zur Verfügung gestellt, welches eine genügend hohe mechanische Stabilität und Zugfestigkeit aufweist, so daß es in Systemen wie z. B. dem Be ta-Staubmeter F 701 der Firma VEREWA (Deutschland) zur kontinuierlichen Probenahme mit automatisiertem Filterbandvorschub eingesetzt werden kann (Dannecker W.; Reich, T.: Automatische Kurzzeitprobenahme von Immissionsstäuben und die nachfolgende analytische Bestimmung von Elementgehalten, Staub-Reinhaltung Luft 43 (1983) S. 253-258). Hergestellt wird dieses Quarzfaser-Filterband - wie auch andere Faserfilter - in bekannter Weise nach dem Schöpfverfahren von der Fa. MUNKTELL FILTER AB (Schweden).

Die Erfindung ist ein reines Quarzfaser-Filtermaterial in Bandform, das hinsichtlich niedriger und konstanter Analyt-Blindwerte und insbesondere der mechanischen Stabilität (Reißfestigkeit < 900 N/m) den oben genannten Anforderungen 1-8 entspricht. Die mechanische Stabilität wurde durch Zugabe eines die Quarzfasern verbindenden organischen Polymeren erreicht. Geeignete Polymere sind im Prinzip alle thermoplastischen Kunststoffe, Kautschuke, Duromeren, wobei man im Einzelfall die Wahl des Polymeren auf den konkreten Einsatzzweck des Materials abstimmt. Einige Beispiele für geeignete Polymere sind:
Aromatische Polycarbonate, ABS, Polyvinylchlorid, Polyvinylalkohole, Polyacrylate und -methacrylate, Polyoxymethylen, Polyamide, Naturkautschuk, SBR, Polyurethane, Polyepoxide, Polyester.

Die Optimierung der Verhältnisse von Polymer zu Fasermenge sowie von Faserlänge (ab 1 µm) zu Faserquerschnitt (0,1 µm bis 5 µm) führte zu einem gasdurchlässigen Vlies, so daß die Filtrations- und Abscheideeigenschaften des neuen Filtermaterials denen herkömmlicher Tiefbettfilter entsprechen. Der Filterwiderstand liegt zwischen 100 und 200 N/m². Das Filtermaterial hat einen Abscheidegrad von über 99,9% für Teilchen < 0,1 µm, die sich durch Impaktion oder Adhäsion im Filtermaterial abscheiden. Die zugesetzte Menge an organischem Polymer bewirkt eine Verbesserung der mechanischen Stabilität, so daß von diesem reinen Quarzfasermaterial Filterbänder als Rollenware auch für den Einsatz in Staubprobenahme-Systemen (Dannecker W.; Reich, T.: Automatische Kurzzeitprobenahme von Immissionsstäuben und die nachfolgende analytische Bestimmung von Elementgehalten, Staub-Reinhaltung Luft 43 (1983) S. 253-258), hergestellt werden können.

Diese Erfindung ermöglicht unter anderem erstmals eine kontinuierliche und automatisierte Emissionsüberwachung emittierender Anlagen gemäß der 17. Bundesimmissionsschutzverordnung (17. BImSchV) und der TA-Luft.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Das polymerverstärkte reine Quarzfaser-Filtermaterial kann auf einer Abwickelspule als Vorrat gelagert und nach der Abscheidung von Partikeln auf einer Aufwickelspule aufgerollt und zur Archivierung aufbewahrt werden. Das organische Polymer haftet derart an den Quarzfasern, daß sich an den Berührungspunkten mehrerer Fasern durch das Polymer Vernetzungen bilden, wobei gewährleistet ist, daß genügend Porenräume einen hohen Probevolu men-Durchsatz ermöglichen, ohne die Abscheideeffektivität oder Abscheidekapazität des Quarzfaser-Filtermaterials nennenswert zu beeinträchtigen.

Die erhaltenen Proben können auf Grund der geringen und über das gesamte Quarzfaser-Filterband konstanten Analyt-Blindwerte nachträglich analysiert werden. Sollte es zur nachfolgenden Analyse notwendig sein, das polymerverstärkte Quarzfaser-Filterband durch aufschließende Methoden in wäßrige Lösungen überzuführen, ist durch die Wahl des organischen Polymers eine einfache Aufschließbarkeit gewährleistet.

Claims

1. Filterbandmaterial aus Quarzfasern, das mit einem organischen Polymer versetzt ist.

2. Quarzfaser-Filterbandmaterial nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß es aus reinen Quarzfasern gefertigt ist.

3. Quarzfaser-Filterbandmaterial nach Anspruch 1 bis 2 dadurch gekennzeichnet, daß es zur Abscheidung partikulärer Bestandteile aus strömenden Gasen geeignet ist.

4. Quarzfaser-Filterbandmaterial nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, daß die reinen Quarzfasern mit dem organischen Polymer eine nachfolgende quantitative Analyse der auf dem Filterband abgeschiedenen Partikel erlauben.

5. Quarzfaser-Filterbandmaterial nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß es durch Zusatz eines organischen Polymers eine genügend hohe mechanische Stabilität und Zugfestigkeit aufweist, um in Systemen mit Bandvorschub eingesetzt werden zu können.

6. Quarzfaser-Filterbandmaterial nach Anspruch 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß es eine genügend hohe chemische Resistenz gegenüber aggressiven Stoffen aufweist.

7. Quarzfaser-Filterbandmaterial nach Anspruch 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß es eine genügend hohe thermische Resistenz bei hohen Temperaturen auch über 180°C aufweist.

8. Quarzfaser-Filterbandmaterial nach Anspruch 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß das organische Polymer derart an den Quarzfasern haftet, daß an den Berührungspunkten mehrere Fasern netzartig verbunden werden.

9. Quarzfaser-Filterbandmaterial nach Anspruch 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß es eine hohe Abscheidekapazität auch bei hohen Feuchten und Partikelfrachten aufweist.

10. Quarzfaser-Filterbandmaterial nach Anspruch 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, daß es eine hohe Abscheideeffektivität auch im Submikronbereich (< 1 µm) aufweist.

11. Quarzfaser-Filterbandmaterial nach Anspruch 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, daß gewährleistet ist, daß trotz Polymerzusatz genügend Porenräume einen ausreichend hohen Gasdurchsatz ermöglichen, ohne die Abscheideeffektivität oder Abscheidekapazität des Quarzfaser-Filtermaterials hinsichtlich partikulärer Anteile zu beeinträchtigen.

12. Quarzfaser-Filterbandmaterial nach Anspruch 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, daß sich Partikel bis in den Submikronbereich infolge von Impaktion und/oder Adhäsion an den Quarzfasern abscheiden.

13. Quarzfaser-Filterbandmaterial nach Anspruch 1 bis 12 dadurch gekennzeichnet, daß über die gesamte Quarzfaser-Filterbandlänge ausreichend geringe und vor allem konstante Analyt-Blindwerte auftreten.

14. Quarzfaser-Filterbandmaterial nach Anspruch 1 bis 13 dadurch gekennzeichnet, daß Teilproben des polymerverstärkten Quarzfaser-Fil terbandes bei bestehender Notwendigkeit einer nachgeschalteten Analyse mittels eines chemischen Aufschlusses in wäßrige Lösungen zu überführen sind, wobei durch die Wahl des organischen Polymers eine einfache Aufschließbarkeit gewährleistet ist.

15. Verwendung des Filtermaterials nach Anspruch 1 zur Abtrennung partikulärer Bestandteile aus strömenden Gasen.